Метою роботи є удосконалення існуючих та створення нових екологічно безпечних комбінованих технологічних процесів адсорбційного очищення стоків та поверхневих вод в системах з природними дисперсними сорбентами,що забезпечують дотримання форматів запобігання шкідливого впливу на довкілля та життєдіяльності людини. Завдання дослідження. Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі завдання: " провести теоретичний аналіз перспектив використання природних сорбентів в адсорбційних процесах інтегрованих технологій для очищення поверхневих та стічних вод; " дослідити ефективність застосуванням природних, модифікованих та гідрофобізованих сорбентів для адсорбції нафтопродуктів із природних та стічних вод; " проаналізувати адсорбційні властивості різних типів природних сорбентів стосовно іонів амонію, встановити кінетичні константи процесу та оптимальні умови реалізації інтегрованої технології " очищення стічних вод, що включає комбінування процесів адсорбції та осадження відпрацьованих сорбентів; " дослідити обмінну ємність та селективність різних іонообмінних матеріалів у відношенні до іону амонію в процесах очищення стоків різного складу, вивчити вплив складу відпрацьованого розчину на ефективність проведення регенерації іонообмінних матеріалів; встановити оптимальні параметри процесу утилізації регенерату іонного обміну шляхом його хімічного осадження із отриманням нових добрив пролонгованої дії; " дослідити технологічні аспекти та оптимальні режими реалізації процесу очищення стоків від забруднень важкими металами адсорбцією на природних дисперсних сорбентах; " адаптувати природні, модифіковані та гідрофобізовані сорбенти до відомих технологічних схем екологічно безпечних процесів очищення стічних та поверхневих вод, забруднених нафтопродуктами,розробити технологічні схеми адсорбційного очищення стоків від іонів амонію природними дисперсними сорбентами із подальшим осадженням відпрацьованих сорбентів; " дослідити очищення міських стоків з вилученням амонію за пропонованою двостадійною технологією та очищення стоків від забруднень іонами важких металів сорбентами із подальшим осадженням відпрацьованих сорбентів інтенсифікованим флокуляцією. ЗМІСТ ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ, СИМВОЛІВ, ОДИНИЦЬ СКОРОЧЕНЬ І ТЕРМІНІВ 9 ВСТУП 11 РОЗДІЛ 1. ОГЛЯД ДЖЕРЕЛ ІНФОРМАЦІЇЗ ПРОБЛЕМИ ВИКОРИСТАННЯ ГЛИНИСТИХ СОРБЕНТІВ ДЛЯ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ЕКОЛОГІЧНО ПРИЙНЯТНОГОСТАНУ ВОДОЙМ 20 Tl. Проблеми забруднення рідинного середовища 20 1.2. Аналіз джерел та видів забруднень водних середовищ 27 1.2 .1. Проблема забруднення природних водойм нафтою та її похідними 28 1.2.2. Методи очищення забруднених нафтопродуктами вод 30 1.2.3. Забруднення рідинних середовищ сполуками азоту 36 1.2.4. Аналіз методів очищення міських стоків від азотовмісних сполук 40 1.2.5. Забруднення водного середовища іонами важких металів 46 1.2.6. Аналітичний огляд методів очищення стічних вод від іонів важких металів 48 1.3.Аналіз сировинної бази та фізико - хімічних властивостей природних сорбентів 53 1.3.1. Природні цеоліти 53 1.3.2. Бентоніти і палигорськіти 56 1.3.3. Глауконіти 60 1.3.4. Характеристика черепашника 61 1.4. Використання синтетичних та модифікованих природних матеріалів у іонообмінних процесах 61 1.4.1. Синтетичні цеоліти 62 1.4.2. Синтетичні органічні іоніти 64 1.4.3. Модифіковані природні сорбенти 67 1.5. Осадження і регенерація сорбентів після використання 70 1.6. Вимоги до якості очищуваної води 73 1.6.1. Види забруднень, що підлягають очищенню 73 1.6.2. Характеристика стічних вод промислових підприємств 74 1.6.3. Загальні вимоги до складу та властивостей стічних вод, які скидаються у міську каналізацію 77 1.7. Цілі та завдання досліджень 79 РОЗДІЛ 2. АНАЛІЗ ОБ'ЄКТІВ ДОСЛІДЖЕНЬ, АДАПТАЦІЯ МЕТОДИК ДО АНАЛІЗІВ TA УМОВ ДОСЛІДЖЕНЬ 83 2.1. Класифікація об'єктів очищення та використаних адсорбентів 83 2.2. Дослідження властивостей та особливостей будови модифікованих природних глинистих мінералів 85 2.2.1. Методика модифікування бентоніту хлоридом заліза (III) 86 2.2.2. Методика визначення вмісту Іонів заліза Fe3+ в кислотному розчині, який застосовувався для модифікації бентонітів 86 2.2.3. Методика гідрофобізації досліджуваних зразків 91 2.2.4. Визначення питомої поверхні та насипної густини сорбенту 92 2.2.5. Дослідження сорбційних властивостей дисперсних сорбентів відносно емульгованих нафтопродуктів в статичних умовах 95 2.3. Методики та експериментальні установки з дослідження 96 адсорбційних процесів 2.3.1.Дослідження механізму сорбції іонів амонію з водних середовищ 96 2.3.2. Методика та експериментальна установка з дослідження іонообмінних процесів та подальшою регенерацією адсорбенту 98 2.3.3. Методика та експериментальна установка з дослідження 100 вилучення іонів важких металів природними адсорбентами 2.4.Фізико-хімічні характеристики забруднювачів та адаптація методик визначення їх вмісту в стічних водах до умов експериментів 101 2.4.1. Дослідження вмісту нафтопродуктів у воді та ступінь їх вилучення 101 2.4.2. Дослідження сорбційних властивостей гідрофобізованих сорбентів щодо плаваючих нафтових плівок 102 2.4.3. Методики вимірювання та аналізу фізико-хімічних показників об'єкту дослідження амонійного забруднення 103 2.4.4. Визначення вмісту іонів амонію спектрофотометричним методом 104 2.4.5. Методика визначення вмісту іонів хлору 107 2.4.6. Методики аналізу карбонат- та гідрокарбонат- іонів за умови їх сумісної присутності 108 2.4.7. Визначення вмісту іонів важких металів у розчинах 110 2.5. Дослідження стадій очищення рідинних середовищ від механічних домішок та відпрацьованих сорбентів 113 2.5.1. Дослідження кінетики осадження відпрацьованих сорбенту 114 2.5.2. Регенерація концентрованих амонійних стоків реагентним методом 116 2.6. Висновки до розділу 2 117 РОЗДІЛ 3. ТЕОРЕТИЧНИЙ АНАЛІЗ КОМБІНОВАНИХ ПРОЦЕСІВ ІНТЕГРОВАНИХ ТЕХНОЛОГІЙ ОЧИЩЕННЯ ВОДНИХ СЕРЕДОВИЩ ІЗ ВИКОРИСТАННЯМ ПРИРОДНИХ СОРБЕНТІВ 119 3.1. Загальна характеристика процесів інтегрованих технологій 119 3.2. Дослідження стадії адсорбції в умовах ідеального перемішування 123 3.2.1. Аналіз відомих ізотерм адсорбції 124 3.2.2. Ідентифікація експериментальних ізотерм теоретичним моделям. 128 3.2.3. Моделювання кінетики іонного обміну 129 3.3. Моделювання іонообмінного процесу в умовах ідеального витіснення 137 3.4. Аналіз зміни фізико-хімічних властивостей природних сорбентів в процесі їх модифікування 138 3.4.1. Рентгенофазовий аналіз 138 3.4.2. Аналіз рельєфу поверхні сорбентів 142 3.4.3. Аналіз площі питомої поверхні та насипної густини сорбентів.... 144 3.4.4.Термогравіметричні дослідження сорбентів 145 3.5.Термогравіметричний аналіз осадженого концентрату іонного обміну 152 3.6.Висновки до розділу 3 157 РОЗДІЛ 4. ДОСЛІДЖЕННЯ ОСНОВНИХ ПРОЦЕСІВ ІНТЕГРОВАНИХ ТЕХНОЛОГІЙ ОЧИЩЕННЯ ПОВЕРХНЕВИХ TA СТІЧНИХ ВОД ВІД НАФТОПРОДУКТІВ ДИСПЕРСНИМИ СОРБЕНТАМИ 159 4.1. Дослідження процесу модифікування природних сорбентів (1 стадія інтегрованої технології) 159 4.2. Дослідження процесу гідрофобізацїї природних сорбентів (2 стадія інтегрованої технології) 161 4.3. Дослідження сорбції вуглеводнів на природних та модифікованих глинистих сорбентах (3 стадія інтегрованої технології, варіант очищення стічних вод) 162 4.3.1. Визначення оптимального співвідношення "тверда фаза -рідина" 163 4.3.2. Визначення оптимальної температури процесу сорбції 165 4.3.3. Визначення та аналіз ізотерм сорбції нафтопродуктів природними та модифікованими сорбентами в статичних умовах 166 4.4. Дослідження сорбції нафтопродуктів з поверхні води гідрофобізованими сорбентами (3 стадія інтегрованої технології, варіант очищення поверхневих вод) 177 4.4.1. Дослідження сорбційної ємності сорбентів 178 4.4.2. Залежність сорбційної ємності від фракційного складу та вмісту гідрофобізатора 179 4.5. Принципи реалізації інтегрованих технологій очищення повер хневих та стічних вод від нафтопродуктів дисперсними сорбентами 182 4.5.1. Технологія очищення стічних вод, забруднених нафтопродуктами 182 4.5.2. Технологія очищення поверхневих вод від нафтопродуктів із застосуванням гідрофобізованих сорбентів 187 4.6. Шляхи.утилізації відпрацьованих сорбентів 188 4.7. Висновки до розділу 4 189 РОЗДІЛ 5. ДОСЛІДЖЕННЯ СТАДІЙ ІНТЕГРОВАНОЇ ТЕХНОЛОГІЇ ОЧИЩЕННЯ СТІЧНИЙ ВОД ВІД ІОНІВ АМОНІЮ З ВИКОРИСТАННЯМ ПРИРОДНИХ ДИСПЕРСНИХ СОРБЕНТІВ 191 5.1.Дослідження процесу адсорбції солей амонію природними дисперсними сорбентами (1 стадія інтегрованої технології) 192 5.1.1. Встановлення механізму процесу 192 5.1.2. Дослідження кінетики адсорбції 195 5.1.3. Експериментальні дослідження рівноваги адсорбції 198 5.1.4. Визначення сталих рівноваги іонного обміну процесу іонообмінної сорбції іонів амонію 204 5.2. Дослідження гравітаційного очищення стоків від механічних домішок та відпрацьованих сорбентів 209 5.3. Принципи реалізації інтегрованої технології очищення стоків шляхом адсорбції іонів амонію природними дисперсними сорбентами 216 5.4. Використання відпрацьованих сорбентів у виробництві добрив пролонгованої дії 219 5.5. Висновки до розділу 5 221 РОЗДІЛ 6. ДОСЛІДЖЕННЯ КОМБІНОВАНИХ ПРОЦЕСІВ ІОНООБМІННОГО ОЧИЩЕННЯ СТОКІВ ВІД ІОНІВ АМОНІЮ 223 6.1. Дослідження стадії концентрування іонів амонію (1 стадія / інтегрованої технології) 223 6.1.1. Визначення ємності іонообмінних матеріалів, які використовувались для очищення синтетичних стоків різноґо складу 223 6.1.2. Дослідження впливу швидкості прокачування на ємність катіоніту КУ-2-8 228 6.1.3. Порівняння селективності іонообмінних матеріалів до вилучення іонів амонію 228 6.1.4. Використання електропровідності для дослідження процесу насичення іонообмінних матеріалів 231 6.1.5. Моделювання процесу насичення іонообмінних матеріалів 234 6.2. Дослідження стадії регенерації із отриманням концентрованого амонійного розчину (2 стадія інтегрованої технології) 236 6.2.1. Дослідження регенерації іонообмінних матеріалів 236 6.2.2. Дослідження впливу складу регенераційного розчину на регенерацію катіоніту КУ-2-8 240 6.2.3. Дослідження впливу pH регенераційного розчину на хід регенерації природного цеоліту 243 6.3. Дослідження інтегрування процесів адсорбції та регенерації з ціллю оптимізації технологій очищення реальних міських стоків 245 6.4. Дослідження стадії хімічного осадження концентрованих амонійних стоків (3 стадія інтегрованої технології) 251 6.4.1. Характеристика модельних розчинів 251 6.4.2. Результати аналізу проб на вміст залишкових іонів NH4+ в концентрованих розчинах 252 6.4.3. Результати аналізу проб на вміст залишкових фосфат-іонів в розчинах 255 6.5. Принципи реалізації інтегрованої технології очищення стічних вод від іонів амонію шляхом попереднього концентрування сорбентами 258 6.5.1. Загальна стратегія очищення стоків з використанням комбінації іонообмінних та біологічних процесів 258 6.5.2 Можливості застосування іонного обміну разом з реагентним осадженням 259 6.6. Висновки до розділу 6 261 РОЗДІЛ 7. ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСІВ ІНТЕГРОВАНОЇ ТЕХНОЛОГІЇ ОЧИЩЕННЯ СТІЧНИХ ВОД ВІД ІОНІВ ВАЖКИХ МЕТАЛІВ 262 7.1. Дослідження процесу адсорбції солей амонію природними дисперсними сорбентами (1 стадія інтегрованої технології) 262 7.1.1. Дослідження сорбції іонів важких металів на природному сорбенті в статичних та динамічних умовах 262 7.1.2. Ізотерми сорбції важких металів з водного середовища 269 7.2. Дослідження процесу флокуляційного осадження відпрацьованих адсорбентів (2 стадія інтегрованої технології) 275 7.3. Принципи реалізації інтегрованої технології очищення стоків від важких металів адсорбцією природними дисперсними сорбентами з подальшим їх флокуляційним осадженням 280 7.4. Висновки до розділу 7 284 ОСНОВНІ ВИСНОВКИ TA РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ 286 СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ 289 ДОДАТКИ 320